Fantoom gevoede XLR MEMS microfoon voor speakerbouw/ontwikkeling

Voor aanbieden van audio-gerelateerde zaken....
Forumregels
- Lees de gebruiksvoorwaarden om iets aan te bieden én om te reageren.
- Registreren om een verkoopadvertentie te plaatsen? Lees dan eerst dit.
Gesloten
flamingbeatz
Berichten: 174
Lid geworden op: zo 06 nov 2016, 2:38

Fantoom gevoede XLR MEMS microfoon voor speakerbouw/ontwikkeling

Bericht door flamingbeatz »

Ik biedt mijn eigen ontwerp fantoom gevoede XLR MEMS microfoons aan voor €50 per stuk ex. verzendkosten. Verzendkosten voor de koper. Ik heb er voor een ander Engelstalig forum al een stukje over geschreven, hieronder volgt deze tekst over de microfoon. Het gaat vooral over in speaker metingen, maar de microfoon is ook prima geschikt als all-round meet microfoon.
Een kalibratiefile is eventueel mogelijk als er genoeg interesse is, dan doe ik de hele batch in 1x. Wel ten opzichte van een iSEMcon EMX7150, en niet ten opzichte van een "echte" lab grade mic zoals iets van B&K.

I made a very compact, high performance but low cost phantom powered microphone for performing accurate low frequency in box measurements of an assembled ported box.

We all know it's a beech to get accurate measurements of a ported speaker in your mancave right?
You either need a large empty space for a groundplane measurement, or you have to scale and sum seperate measurements of the woofer and port, but then you still wonder if it is accurate.
Another method that IS easy and accurate is to measure inside of the box and apply a 12dB/oct tilt to the measurement. Signal to noise will be high, and the result should be similar to what you get (at LF) with a good groundplane measurement or in an anechoic chamber.
With larger subs you could drop the mic trough the port, but how do you get that microphone through a smaller L shaped port or a port that is infront of a cabinet wall? And what about it rattling against something? You'll have to disassemle the box to place the mic trough the woofer opening or you'll have to drill a hole to stick the microphone trough.

I figured that making a very small microphone would solve most of the issues with an in box measurement. The microphone can be fished trough almost any port, and by using a flexible cable you can let the microphone hang past the port inside of the box. A lavelier microphone type windscreen can protect the microphone from rattling against anything if it cannot hang free.

Last month I learned about simple and compact low noise linear power supplies, this was the last puzzle piece needed to pull off this idea with high performance and low cost, so I thought lets give it a go!

I finished the first couple of boards yesterday and did some testing and measuring, as well as a test speaker measurement. See the images for the details results.

Features:

Very compact
  • Currently the microphone is directly soldered to the cable and it measures just 3*10mm. The microphone PCB that will be used eventually is in production with the PCB fab and it will be 3*25mm. All of the electronics are on a PCB housed inside of the XLR plug.
Thin, flexible cable
  • The cable is from the Mogami Ultraflexible series. It was developed by Mogami to handle continuous rapid movement. The cable is just 2,7mm in diameter.
MEMS based
  • The design uses one of the highest performance MEMS microphones of those that are currently available. Arguably the best when it comes to overall performance.
Omnidirectional
  • Most microphones we use as speaker builders are specified as omnidirectional, but this is never completely true.
    The larger the microphone front, the lower the frequency to where it is more sensitive to sound direcectly infront of it. You can see it as reverse baffle step.
    Only with an 1/8 inch (3,175mm) or smaller microphone you'll get near actual omnidirectivity up to 20kHz.
    Based on dimensions this microphone should theoretically see a difference in sensitivity between sound from front and back of 0,5dB to 1,5dB at 20kHz.
Phantom powered
  • Runs off of 48V phantom power. Might work at 24V too, but I haven't tested it yet. Most interfaces are 48V anyway.
Low noise
  • The noise measured with a calibrated SPL meter is 29dB(A), but I think it could be lower if I improve the shielding and if I had a more quiet environment.
    In the acoustic FFT (512k, 32AVG) noise measurements I was surprised to see noise levels below 0dB SPL above 100Hz.
High sensitivity
  • The sensitivity is 16,03mV/Pa (-36dBV/94dB). Relatively speaking this is quite high, this can be beneficial for cheap soundcards that have noisy inputs. This sensitivity results in an 1Vrms (0dBV) output signal level with 130dB acoustic input at the microphone.
Dynamic range
  • With a noisefloor of below 30dB and 10% distortion SPL of 134dB, the dynamic range is at least 104dB.
Close sensitivity matching
  • The MEMS microphone elements are matched to +/-0,5dB by the manufacturer.
Frequency response
  • The frequency response is within +/-1dB from 20kHz to 15kHz, with the +/-3dB points at around 10Hz and 20kHz (relative to 1kHz). This is within IEC 61672-1 Class 1 tolerance.
    The two measured MEMS microphones that I tested were randomly picked, I could do "binning" to keep only the microphones with the least frequency response deviation.
    I think the MEMS microphones are more flat than measured due to errors/deviation. The microphone used as reference (iSEMcon EMX-7150) was calibrated against a Bruel & Kjaer 4133 by iSEMcon, but their method, stability and error is unknown. Another source of error could likely be my measurement method with the two mics very near eachother, the reference microphone front is forming a baffle for the MEMS microphone. I should space them slightly, will be continued.
Cost
  • To keep cost down everything is kept as simple and effective as possible. Just a custom PCB with mostly discrete components except a dual channel opamp and the MEMS microphone itsself. No custom metal parts, the microphone top of the PCB will get a thin layer of epoxy for protection instead.
Geheel 1.jpg
Geheel 2.jpg
Preamp 1.jpg
Preamp 2.jpg
Preamp panels.jpg
Mic 1.jpg
Mic 2.jpg
Mic 3.jpg
Mic 4.jpg
Mics.jpg
Frequentierespons gemeten zoals de microfoon nu is, onder 40Hz nog niet kloppend. Wordt aan gewerkt.
Frequency response.png
Frequenctierespons gemeten met draden direct op de MEMS capsule gesoldeerd. Minder accuraat dan de meting hierboven, behalve in het laag. Extra ter indicatie van gedrag onder 40Hz.
01 Frequency response and sensitivity.png
Sensitivity and frequency response 16 pcs larger range.png
Sensitivity and frequency response 16 pcs.png
Total noisefloor of the MEMS microphone SPL is calibrated.png
09 Sensitivity calculation.png
03 MEMS preamp PCB gain and frequency response.png
Preamp PCB frequency response spread of 7 units.png
04 Distiortion of soundcard 0dBV.png
05 Distiortion of MEMS preamp PCB 0dBV.png
06 Distiortion of MEMS preamp PCB -6dBV.png
07 Distiortion of MEMS preamp PCB -12dBV.png
08 Preamp PCB added noise.png
Voorbeeldmeting.
Woofer.jpg
Port.jpg
In box.jpg
10 Example measurements.png
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
jvenema
Berichten: 1443
Lid geworden op: di 20 aug 2019, 12:38
Locatie: Helmond (bij Eindhoven)

Re: Fantoom gevoede XLR MEMS microfoon voor speakerbouw/ontwikkeling

Bericht door jvenema »

Heel interessant! maar is het idee van MEMS juist niet dat er onderling nauwelijks spreiding zit op hetzelfde type capsule? Dus als je een enkele laat kalibreren dan zou dezelfde file gebruikt kunnen worden voor de hele batch. Er is zelfs dacht ik een meetsysteem waarbij een MEMS meet microfoon wordt meegeleverd, waarbij de calibratie hard ingebakken zit in de software en waarbij geen losse calibratie file gebruikt wordt.
Met een calibratie erbij wordt het een heel interessant iets. Als je een redelijk batch omvang hebt en je laat een enkele kalibreren en slaat de kosten daarvan over op de batch, dan stijgt de prijs nauwelijks en denk ik dat je er wel vanaf komt. Met kalibratie ben ik ook geinterhseert, ik heb wel meet microfoons maar de calibratie nauwkeurigheid daarvan is ….
flamingbeatz
Berichten: 174
Lid geworden op: zo 06 nov 2016, 2:38

Re: Fantoom gevoede XLR MEMS microfoon voor speakerbouw/ontwikkeling

Bericht door flamingbeatz »

Klopt, en dat is ook wel zo, kijk maar eens naar de 13e en 14e afbeelding. Maar het heeft nog wat haken en ogen, vooral als je voor de hoogste accuraatheid gaat.

In de uitersten van het frequentiebereik zullen nog kleine afwijkingen kunnen zitten, hier geeft de fabrikant van de capsule ook een grotere tolerantie op. Voor de hoogte accuraatheid zal hier correctie nodig zijn, tenzij deze als afgekeurd worden bestempeld om zo alleen degenen over te houden die gelijk zijn aan de `algemene` correctie curve.
In ieder geval zal iedere mic alsnog gemeten moeten worden om te bevestigen of deze voldoet aan de specificaties.

Verder is het in mijn geval vooral zo dat ik de metingen opnieuw moet doen in een grotere ruimte vrij van reflecterende objecten om zo meer resolutie en minder fout te behalen. De afwijking in de uitersten van mijn metingen zou hierdoor veroorzaakt kunnen worden. Als iedere mic dan exact hetzelfde zou meten dan zou dat natuurlijk heel mooi zijn, maar ik verwacht het niet.

Ik bedenk mij dat ik trouwens de PCB 378B02 van mij werk kan gebruiken voor de kalibratie. Zelf wil ik ooit een keer de PCB 376A31 aanschaffen.
Gesloten